滑坡的成因机制

如题所述

1.滑坡的力学原理

由于坡地的岩性、构造不同,滑动面的性质也不同,但绝大多数滑动面近似圆弧面。滑坡体的运动是沿圆弧面转动,因此可以用力矩平衡理论来分析(图4-4)。

图4-4 滑坡力学图

设滑坡体以O为圆心,以R为半径,沿AB面向下滑动。从O点向下作垂线OO'将滑坡体分为左右两部分。左侧部分的重心为O2,重力为P2,滑动力矩为P2·a。右侧重心为O1,重力为P1,抗滑力矩为P1·b;f为AB面上的平均抗滑阻力,所产生的抗滑力矩为f·AB·R。滑坡体的极限平衡状态方程式

地质灾害调查与评价

当P2·a>P1·b+f·AB·R时,滑坡体开始滑动,由于下滑过程中P2和a逐渐减小,P1和b逐渐增大,达到新的平衡时停止滑动。若滑坡体借惯性滑得很远,会产生P2·a<P1·b+f·AB·R的情况,此时滑坡体稳定,不再滑动。

2.滑动面(带)与斜坡稳定性的关系

滑动面(带)是滑坡形成演化的关键要素。滑动面(带)的埋深在很大程度上决定了滑坡体的规模,其形状直接控制着滑坡体的稳定状态,是滑坡研究、勘测、稳定性分析、灾害预测预报以及工程处理的重要对象或依据。

典型的滑坡滑动面由陡倾的拉张段(后段)、缓倾的滑移段(中段)和平缓以至反翘的阻滑段(前段)三部分组成,在剖面上状似船底形。受各种因素的影响,滑动面的总体真实形态可表现为直线形、折线形、圈椅形、阶梯形等形状。

直线形滑动面主要形成于具有单一结构面的坡体中,即多形成于层状岩体(包括层状火山岩)内或堆积层下伏基岩面和堆积层内的沉积间断面上。其特点是地层倾角小于坡面倾角,前缘在坡脚附近及以上位置剪出,后缘与上方斜坡面相交,呈一倾斜的平面。直线形滑动面不存在前缘反翘抗滑段,故稳定性差、危害大。

折线或阶梯形滑面多发生在滑动面坡角大于岩层倾角的斜坡地带,滑动面由节理或层理等软弱结构面组成,在纵剖面上呈阶梯状折线。

圈椅形滑动面的中部顺层段一般不发育,前缘段的长短取决于滑坡规模和所处岩层结构面的发育程度,对滑坡的稳定起着重要作用。

船底形滑动面滑坡多发育在土质边坡,其后缘较陡,倾角大多在60°以上。在蠕变阶段,滑坡后缘首先出现弧状拉张裂隙,是滑坡预报的重要依据。中部滑面一般比较平缓,倾角多小于20°,但长度占整个滑动面的一半以上,是滑坡的主滑段。前缘平缓甚至反倾,形成抗滑段。当主滑体滑至滑动面前缘时,大多数滑坡已趋于稳定。

3.滑坡的发育阶段

滑坡的发育是一个缓慢而长期的变化过程。通常将滑坡的发育过程划分为3个阶段,即滑前变形阶段、滑动破坏阶段、滑后压密稳定阶段。研究滑坡发育过程对于认识滑坡和正确地选择防治措施都有重要的意义。

(1)滑前变形阶段

可细分为蠕动变形阶段、等速变形阶段、加速变形阶段和临滑阶段。

蠕动变形阶段后缘产生断续的不规则的拉裂缝,但无明显的错落、下沉;两侧、中部和前缘无明显的变形形迹。

等速变形阶段各弧形拉张裂缝端部可能互相交错,开始出现错落下沉;两侧出现间断的羽状裂缝,滑坡体局部出现隆起、沉陷。

加速变形阶段不连续剪切滑移面迅速扩展,剪断剪切滑移面间的岩土“固锁段”,逐渐形成贯通性剪切滑移面。后缘弧形拉张裂缝趋于连接,加大加深,滑坡体错落下沉;两侧羽状裂缝加强,出现顺两侧壁方向的剪张裂缝,并与后缘弧形裂缝趋于连通,呈现整体滑移边界;前缘出现轻微鼓胀。

临滑阶段后缘弧形拉张裂缝贯通,形成弧形拉裂圈,并与两侧剪张裂缝连接,呈现整体滑移边界,滑体出现明显错落下沉,后缘壁明显;前缘鼓胀,并出现鼓胀裂缝或放射状裂缝;前端滑床挤压褶皱,并有挤压裂缝,或岩层倾角变陡,或挤压破碎等现象。

从蠕动变形阶段→等速变形阶段→加速变形阶段→临滑阶段,经历的时间有长有短,长者可达数年之久,短者仅数月或几天时间。

(2)滑动破坏阶段

滑动破坏阶段是指滑动面贯通后,滑坡开始作整体向下滑动的阶段。此时滑坡后缘迅速下陷,滑坡壁明显出露;有时滑体分裂成数块,并在坡面上形成阶梯状地形。滑坡体上的树林倾斜形成“醉汉林”,水管、渠道等被剪断,各种建筑物严重变形以致倒塌。随着滑坡体向前滑动,滑坡体向前伸出形成滑坡舌,并使前方的道路、建筑物遭受破坏或被掩埋。发育在河谷岸坡的滑坡,或者堵塞河流,或者迫使河流弯曲转向。

(3)滑后压密稳定阶段

滑坡体在滑动过程中具有一定的动能,可以滑到很远的地方。但在滑动面摩擦阻力的作用下,滑坡体最终要停止下来。滑动停止后,除形成特殊的滑坡地形外,滑坡岩土体结构和水文地质条件等都发生了一系列变化。

在重力作用下,滑坡体上的松散岩土体逐渐压密,地表裂缝被充填,滑动面(带)附近的岩土强度由于压密,固结程度提高,整个滑坡的稳定性也有所提高。当滑坡坡面变缓、滑坡前缘无渗水、滑坡表面植被重新生长的时候,说明滑坡已基本稳定。滑坡的压密稳定阶段可能持续几年甚至更长的时间。

实际上,滑坡的滑动过程是非常复杂的,并不完全遵循上述三个发展阶段。如黄土或粘性土滑坡一般没有蠕动变形阶段,在强大震动力的作用下可突然发生滑坡灾害。

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